隧道爆破揭煤施工技术

贾一忱

摘要：我国在十二五期间提出大力修建铁路计划，其中隧道比例很大，而瓦斯隧道因为危险性高，施工难度大越来越引起人们的关注，瓦斯的产生是由于古代动植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。因为瓦斯易燃易爆，而且经常与煤层等易燃物共同存在，所以在隧道施工中，去除这部分危险源的过程就是揭煤，本文以项目为例，着重讲述隧道揭煤施工工艺。

关键词：隧道；揭煤；施工技术

中图分类号：U455.6文献标识码：A 文章编号：1674―3024（2016）07―48―02

1工程概况

沪昆客专斗磨瓦斯隧道位于贵州省安顺市境内，隧址区基岩大多裸露，斗磨隧道含煤地层为二叠系上统龙潭组（P2l），厚约465m，岩性以黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、灰岩为主，含煤（线）20余层，煤层总厚5.7m左右，含煤系数为1.5%；黑色含碳泥岩与煤层为瓦斯生气层，煤层处于焦煤变质阶段，瓦斯生成量较大，其上部粉砂岩、灰岩、砂质泥岩为瓦斯覆盖层，岩石颗粒较细、致密，对瓦斯封闭较好，瓦斯压力达0.9MPa。隧道施工开挖中具有煤与瓦斯突出的危险。根据其它瓦斯隧道经验，以及煤与瓦斯突出相关规范标准的规定，选择在探明煤层前10m到揭开煤层后10m为该未知煤层的揭煤段长度。如下图1-1

揭煤段长度：

揭煤段的开挖断面

开挖采用爆破开挖，在有瓦斯和煤尘爆炸危险的隧道所使用的雷管为煤矿许用毫秒延期电雷管，总延期时间不得超过130ms。采用上下台阶法开挖，待上半断面震动爆破揭开煤层后，下半断面再采用震动爆破揭开煤层。

2作业流程

由于该煤层煤与瓦斯突出危险性较大，特制定专门的揭煤防突措施，按照揭煤作业流程进行操作，揭煤施工技术如下：

第一步：（1）距煤层最小法向距离10m时，进行超前探测，探测煤层位置。根据钻孔坐标、钻孔角度、见煤深度等指标确定煤层厚度，走向，倾角；

（2）发现煤层后进行煤与瓦斯突出危险性预测，预测煤与瓦斯突出危险程度；本次主要采用瓦斯压力测定法与综合指标法进行突出预测；

（3）根据煤与瓦斯突出危险性预测数据，制定专项防突措施，钻孔进行瓦斯排放。按设计打设瓦斯排放孔进行瓦斯排放；

（4）瓦斯排放结束后，进行瓦斯排放措施效果检验，主要采用的钻屑指标法和瓦斯涌出初速度进行验证。如验证瓦斯排放措施效果不理想应采取补救措施。

（5）正常掘进至距煤层最小法向距离5m。

第二步：距煤层最小法向距离5m时，进行瓦斯突出预测验证。有突出危险采取钻孔排放措施，无危险则正常掘进至距煤层最小法向距离2m

第三步：距煤层最小法向距离2m时，进行瓦斯突出预测验证。有突出危险采取钻孔排放措施。

第四步：确认无煤与瓦斯突出危险后，首先采用超前小导管进行注浆支护，然后采用震动爆破进行揭煤，平导采用上下台阶法分步进行开挖，待上台阶揭穿煤层后进行下台阶揭煤。

第五步：进入煤层后，注意边验证边掘进，保证施工安全，过煤段支护施工应该采用金属骨架超前支护，以“先注浆、后开挖、快封闭、勤量测”来封闭瓦斯，同时对隧道围岩位移变形做到经常观测，防止出现过煤后突出。

在进行瓦斯排放措施并检验有效以后进行平导揭煤施工，平导采用上下台阶法进行揭煤施工，先进行上半部揭煤施工，待揭开煤层以后进行下半部的揭煤施工。揭煤施工采用震动爆破，在洞外距洞口20m以上的安全地点放炮，洞内停电撤人。震动爆破的具体技术要求如下：

（1）震动爆破炸药使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药，其单位岩体炸药量按正常掘进2倍确定。最后一段起爆延期时间不得超过130ms。

（2）采用正向连续装药结构，要求炮眼中岩眼不得打入煤层，眼底距煤层0.2m，如果岩眼已打入煤层必须在眼底充填炮泥，炮泥在岩石段不少于0.2m。

（3）煤眼穿过煤层，煤眼个数大致为岩眼个数的一半。煤眼与岩眼相间布置，一般先引爆岩眼；设计煤眼在煤层段和岩石段应分段装药，并用长0.25m的炮泥隔开。

（4）所有炮眼在炸药与封泥间装1～2个水炮泥，封泥都必须密实地装至孔口。

（5）爆破必须选用同一厂家、同一生产批次的电雷管，并进行导通测试，一次爆破所用电雷管的电阻值相差不得超过0.3？。

（6）装药前应加强支护，并将工作面清理整洁，装药地点20m范围内不得有电气设备，应避免在雷击期间进行装药爆破作业；

（7）电雷管根据起爆器性能选择合适的方式连接，但必须使通过每发电雷管的电流达到电雷管的引爆电流2倍以上。

（8）爆破母线采用信号专用电缆，所有母线接头和电雷管脚线的连接使用绝缘胶布包扎严密，并尽可能减少接头，以减少爆破母线的电阻。

震动爆破参数确定：

（1）炮眼数目确定

炮眼数目可参考下式进行计算：

式中：N为炮眼个数，S为隧道断面面积，f为岩石坚固性系数。

由于揭煤防突采用震动爆破，炮眼数目可以设计为上述计算值的1.5到2倍。另外据《防止煤与瓦斯突出细则》规定，震动放炮应该按照石门断面积的4—5倍进行确定。

（2）单孔装药量计算

Q0=α×L×G÷h

α-装药系数，取 0.75；h-每个药卷长度，0.25m；G-每个药卷重，0.15Kg；L-炮孔深度。

（3）确定掌子面开挖总药量

Q=Q*×N*

式中：N*为炮眼总数，Q*为单孔平均药量。

（4）炮眼布置与炮眼参数

平导上半部爆破炮眼布置可以参照图1-2。平导上半部爆破炮眼参数可参考表2。

（5）震动放炮时隧道系统维护

由于震动放炮爆破强度较大，容易造成煤层突出，因此为了减小煤层突出强度，震动放炮的实施过程中建议在隧道中设置防突档栏。对于突出危险性较大的煤层，在距开挖掌子面6-8m处设置特制的金属挡栏（如图1-3），对于突出危险性较小的煤层，可在距工作面3-5m处用矸石堆或木垛挡栏，如图1-4。

过煤初期支护

过煤段初期支护喷射砼采用C30气密性混凝土，厚18cm，Φ8钢筋网，拱墙Ⅰ14工字钢，钢架间距1.0m，拱墙采用Φ22普通砂浆锚杆，长3.0m。

揭煤施工中及时施做拱架支护，以防止冒顶事故的发生。先初喷4cm厚混凝土封闭岩面，施工系统锚杆、钢筋网片，安装钢架喷射混凝土至设计厚度。

由于煤系地层围岩较为破碎，隧道过煤段需加强支护，并且定期进行隧道围岩变形监测，防止围压变形过大造成事故。

3结语

揭煤施工中，从揭开煤层到过煤门全过程，都有突出的危险性，甚至可能发生连续突出，延期突出等，比一般掘进工作面突出更加危险，破坏性更大，所以为了防治隧道揭煤时发生突发现象，必须制定科学严密的揭煤防突出措施及应急预案，规范施工，确保揭煤施工安全进行。

参考文献：

[1]齐景岳.隧道爆破控制技术[J]. 铁道部工程管理中心，2006，

[2]张佳文.探矿工程[M].1994

[3]爆破手册[M].北京：冶金工业出版社，1997